Тема сжиженного природного газа стала одним из ключевых направлений в последние несколько лет. Однако, темой СПГ заинтересовался ещё Советский Союз в середине 1940-х годов, поэтому рассмотрение ретроспективы развития направления машиностроения для СПГ в нашей стране со стороны флагмана отечественного криогенного машиностроения приобретает всё большую актуальность.
Действительно, научная и конструкторская мысль активно реализуется в новом оборудовании, но зачастую источник новых достижений можно найти в нашем недалеком прошлом.
Первый мини-завод СПГ был построен в 1953 году в подмосковном поселке Развилка для покрытия пиков потребления природного газа. В 1954 году получен жидкий метан, освоена схема его производства, слива в спецхранилища и регазификации с возвратом в газопровод «Саратов-Москва». Однако продолжения тема в тот момент не получила.
Будучи одним из первых советских научно-производственных объединений, «Криогенмаш» участвовал в разработках практически всех программ, так или иначе связанных с таким разделом физика, как «криогеника».
Вполне естественно, что с середины 80-х годов прошлого века предприятие заинтересовалось темой ожижения природного газа, когда постановлением правительства СССР в 1984 году было поручено разработать и изготовить оборудование для ожижения природного газа, его хранения, транспортировки и регазификации.
«Криогенмаш» принял участие в создании первой в СССР установки сжижения природного газа. Монтировалась установка на территории Московского газоперерабатывающего завода (МГПЗ). По разработанной технической документации на заводе создали ожижительную установку ОП-3.0, производительностью 3 тонны сжиженного природного газа (СПГ) в час.
Она состояла из блока ожижения на смешанном хладагенте (СХА), блока предварительного охлаждения, который обеспечивал очистку газа от компрессорного масла конденсационным способом, а также блока ректификации, позволяющего получать из тяжелых фракций, выделяемых в процессе охлаждения природного газа, компоненты смешанного хладагента: этан, пропан, бутан, пентан. Необходимо отметить, что при работе над созданием установки сотрудники предприятия решили несколько непростых проблем. Например, создание расчетной инженерной базы по вопросам теплообмена и ректификации многокомпонентных смесей, включающих компоненты с различными константами равновесия. Были найдены оригинальные конструкторские решения, новизна которых защищена авторскими свидетельствами. Так, блок предварительного охлаждения признан изобретением, автором которого стал коллектив сотрудников «Криогенмаш».
В комплексе с установкой была разработана криогенная система хранения сжиженного природного газа, которая состояла из четырех горизонтальных резервуаров с высокоэффективной экрано-вакуумной теплоизоляцией. Объем каждого резервуара – 250 м3. К сожалению, работа над установкой была прервана в 90-х из-за экономического спада и практически готовый объект пришлось пустить на металлолом.
Но остался опыт создания уникальных установок сжижения природного газа, который и пригодился сотрудникам «Криогенмаша» в дальнейшем. Производство простых и доступных по стоимости установок СПГ было особенно актуально на первых порах внедрения таких технологий.
Выходом из положения стала идея использовать автомобильные газонаполнительные компрессорные станции. Идея получила развитие, в России стали появляться первые установки для получения СПГ.
Специалисты ЗАО «Криогаз» создали установку на базе АГНКС-500 в Ленинградской области. В «Криогенмаше» также прорабатывались различные варианты использования АГНКС для получения СПГ. Учитывая наличие на компрессорных станциях компрессоров, сжимающих природный газ до 200-250 атмосфер, наиболее целесообразно базировать такие установки СПГ на дроссельном цикле высокого давления с предварительным охлаждением. Это в первую очередь играет важную роль для увеличения выхода продукта при тех же энергозатратах.
В частности, на ЗАО «Криогаз» после обсуждения этого вопроса со специалистами «Криогенмаша», стали использовать холодильную машину. После введения предварительного охлаждения на температурном уровне –40 °С производительность возросла в три раза и превысила одну тонну СПГ в час, энергозатраты при этом увеличились всего на одну треть.
А замена дроссельного вентиля эжектором, который, фактически, представляет собой компрессорную ступень, позволила снизить энергозатраты на производство СПГ еще на 20 процентов. В «Криогенмаше» были проработаны различные варианты схем установок СПГ на базе АГНКС с дроссельно-эжекторными блоками ожижения.
Предложения «Криогенмаша» заинтересовали китайцев. Сотрудничество предприятия с китайскими фирмами в области ожижения природного газа началось в 2006 году, а уже в 2007-м году был поставлен первый блок ожижения. В 2008 году была запущена в эксплуатацию первая установка СПГ с двумя блоками, созданными в российском «Криогенмаше», производительностью по 1,5 т/ч каждый. Таких блоков в Китай «ушло» несколько, затем «Криогенмаш» стал поставлять блоки большей производительности – по 2,5 т/ч и 3 т/ч.
Схема сотрудничества заключалась в следующем – в «Криогенмаше» разрабатывалась технология сжижения, формировались требования к оборудованию установки (такому, как компрессоры, блок подготовки газа и т.д.), разрабатывался и изготавливался блок ожижения. Блок ожижения – сердце установки СПГ – передавался в Китай заказчику и там осуществлялся монтаж всего оборудования установки СПГ.
А работает установка следующим образом. По трубам очищенный природный газ поступает в компрессор. Здесь он сжимается и под давлением 200 атмосфер попадает как раз в блок ожижения «Криогенмаша». Здесь-то и происходит самое главное: при температуре минус 142 градуса Цельсия и давлении четыре атмосферы газ превращается в жидкость.
Блок ожижения газа – это уникальное оборудование. Не ожиженный с первого раза природный газ циркулирует внутри системы и идет на повторную переработку. Поэтому почти сто процентов поступившего на завод по трубопроводу газа выходит в жидком виде.
Преимуществами дроссельно-эжекторных блоков являются простота и надежность. Установку с дроссельно-эжекторным блоком ожижения легко остановить и легко включить. После начала работы установка начинает выдавать СПГ уже через 20-30 минут. Это особенно актуально при нестабильности в энергоснабжении мини-завода СПГ или при нестабильности потребления СПГ. За все время сотрудничества «Криогенмаш» поставил в Китай около 20 установок СПГ, на начальном этапе внедрения на китайском рынке пришлось побороться за защиту интеллектуальной собственности. В результате «Криогенмаш» в 2011 году получил патент на свой продукт в Китае, что препятствует «клонированию» блоков ожижения конкурентами.
Помимо оборудования для ожижения природного газа в 80-е годы разрабатывалось не менее интересное и уникальное оборудование – например, вагон-тендер с СПГ для магистрального тепловоза, самолет ТУ-155, летавший на СПГ и водороде, криобаки для грузового автотранспорта, первые системы хранения СПГ на базе крупных криогенных резервуаров.
Со временем и технологии ожижения не остались на месте – новые проекты малотоннажного СПГ «Криогенмаш» стал строить в России, создано оборудование для технологии на азотном детандерном цикле, приобретен опыт строительства среднетоннажных заводов СПГ, освоено производство крупных спирально-витых тепплообменных аппаратов и турбодетандер-компрессорных агрегатов большой производительности, выпущены полуприцепы-цистерны для перевозки СПГ, криогенный заправщик КриоПАГЗ и много другое. Если читателю будет интересно – то об этом расскажу в следующих выпусках.
